半导体锗芯光纤拉丝过程中的芯-包层流速差异研究

发布时间：2024-03-19 03:58

　　半导体芯光纤因其特殊的光电特性而受到广泛关注。由于纤芯和包层材料之间的性质差异,制备高质量的半导体芯光纤比传统掺杂石英玻璃光纤更为困难。以锗芯光纤为研究对象,通过有限元法,模拟仿真了激光拉制锗芯光纤的动态过程,研究了拉制过程中芯层锗和包层石英玻璃材料的流速差异,以及不同拉丝速度对其流速差异的影响。仿真结果表明:在预制棒颈缩区,芯层锗和包层石英玻璃材料的流速差异最大,且不同拉丝速度对预制棒芯层锗和包层石英玻璃材料的流速影响不同。

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【部分图文】：

图4预制棒包层轮廓曲线

图3实验和仿真结果对比3.2稳定拉丝阶段

图1激光在反射镜组中的传输路径

在激光拉丝系统中，本文采用波长为10.6μm的CO2激光器作为加热源。为了使激光均匀分布在预制棒表面，设计的反射镜组如图1所示。图1(a）中，反射镜组包含4个组件：2组锥面镜、1个圆锥镜和1个斜45°的平面反射镜。反射镜组完成了激光光斑到光环的转换，并使激光均匀分布在预制棒表面。....

图2仿真模型

在传热方面，模型整体的传热方程可以表示为[12]:其中，ρ为密度，Cp为比热容，为矢量微分运算符，T为温度，t为时间，u为速度矢量，q为传导热通量，qr为辐射热通量，预制棒的冷却是由空气对流和辐射散热共同造成的。空气对流可以表示为[11]:

图3实验和仿真结果对比

在引丝阶段，设定入口速度为2mm/min，激光功率为320W。在激光拉丝实验中，用摄像机采集预制棒轮廓变化过程。图3是摄像机采集的视频中不同拉丝阶段的图片，其中图3(a）和图3(b）是预制棒引丝阶段的截图，图3(c）是稳定拉丝阶段的截图。图3中的实线是仿真得到的预制棒轮廓曲线....

本文编号：3932292